技術(shù)與安全知識

交流發(fā)電機的電壓調整特性

 

并聯(lián)發(fā)電機組的無(wú)功負載分配取決于各發(fā)電機勵磁系統的特性。發(fā)電機勵磁調節的方案和路線(xiàn)很多，把它們逐一介紹是困難的。但是，為了建立無(wú)功負載分配的一般概念， 康明斯發(fā)電機可以避開(kāi)具體調壓線(xiàn)路和其動(dòng)作過(guò)程，而只用調壓器調節勵磁的最終結果來(lái)進(jìn)行分析。

大家知道，影響發(fā)電機電壓變化的主要因素是無(wú)功電流，而調壓器調節勵磁的目的， 康明斯發(fā)電機簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是恢復和保持發(fā)電機的端電壓。這種發(fā)電機無(wú)功電流和發(fā)電機電壓的因果關(guān)系，叫做發(fā)電機的電壓調整特性，或簡(jiǎn)稱(chēng)調壓特性。它實(shí)際上表征了勵磁調節的最終結果，而且這一特性是可以從發(fā)電機的運行參數（電壓、電流、功率）直接測取的，并不需要知道調壓器的具體線(xiàn)路特點(diǎn)。

δ* 表示了發(fā)電機無(wú)功電流由零變化到額定值時(shí)，發(fā)電機電壓相對其額定值的百分數。習慣上認為下降的調差率為正，即對δ>0的特性稱(chēng)為具有正調差率的有差特性，對δ<0的特性稱(chēng)為負有差特性，而δ=0的特性稱(chēng)為無(wú)差特性。當用直線(xiàn)代替調壓特性的曲線(xiàn)后，在某一無(wú)功負載下，將具有電壓偏差△Uy，稱(chēng)為調壓特性的非線(xiàn)性度。

 

交流發(fā)電機電壓空載特性曲線(xiàn)圖

 

1、發(fā)電機電壓調控

 

調控的目的就是實(shí)現在同步發(fā)電機額定負荷范圍內穩住輸出電壓。調控技術(shù)的理念是實(shí)時(shí)地從主發(fā)電機電樞取得電壓和電流，經(jīng)整流和負反饋調理后供給勵磁機的定子線(xiàn)圈，使其產(chǎn)生變化規律與主發(fā)電機輸出電壓變化規律相反的直流電磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)也必然使勵磁機轉子電樞的輸出電壓及旋轉整流器供給主發(fā)電機轉子線(xiàn)圈的直流電流按同樣的規律而變化。從而起到實(shí)時(shí)調節主發(fā)電機轉子磁場(chǎng)大小，使主發(fā)電機在額定負荷范圍內保持良好輸出特性的作用。

 

2、同步發(fā)電機輸出電壓的調控

對發(fā)電機輸出電壓的調節過(guò)程，可以用以下的流程表示；由于負荷增加使主發(fā)電機電樞電壓↓(降) →經(jīng)負反饋調理后勵磁機定子電流及磁場(chǎng)↑→勵磁機轉子電樞輸出電壓↑→旋轉整流器輸出電流↑→主發(fā)電機轉子磁場(chǎng)↑→使主發(fā)電機電樞電壓↑若主發(fā)電機電壓升高，則其反饋調控使以上各環(huán)節作用降低，導致電壓回到額定值?？梢?jiàn)通過(guò)勵磁機實(shí)時(shí)調控主發(fā)電機轉子磁場(chǎng)的大小，就可以穩住輸出電壓。這其中起重要作用的是負反饋調節單元，通常稱(chēng)其為恒壓勵磁裝置和自動(dòng)電壓調節器。

3、自動(dòng)電壓調節器

 

現代交流同步發(fā)電機常用自動(dòng)電壓調節器AVR這種電子部件調節勵磁機定子磁場(chǎng)的強弱。雖然AVR的種類(lèi)很多，但性能大同小異；都是實(shí)時(shí)采樣主發(fā)電機的輸出電壓值與預先設定的值相比較，用比較的結果去調節脈沖寬度調制器PWM；輸出電壓值高則調制器輸出脈沖寬度窄，反之則寬。然后再用這些脈沖去調控大功率開(kāi)關(guān)器件即三極管或場(chǎng)效應管控制送入勵磁機定子線(xiàn)圈的電流的時(shí)間。從而使它的磁場(chǎng)強弱隨著(zhù)主發(fā)電機輸出電壓的變化而相反變化；即輸出電壓升高則勵磁機定子磁場(chǎng)減小，輸出電壓降低勵磁機定子磁場(chǎng)增強。從而達到負反饋調控的目的。

 

4、常用AVR類(lèi)型

 

取樣自主發(fā)電機輸出電壓的信號從8、9兩端輸入到電壓測量比較單元，與內部預先設定的電壓值(例如380V)相比較。比較結果以輸出電壓UA送入脈沖寬度調制單元PWM，輸出電壓UC送入低頻保護單元。電壓測量比較單元的L、S、H是連接主發(fā)電機輸出電壓幅值調節電位器的三個(gè)端子。脈沖寬度調制器由穩壓器輸出的直流電壓UCC作為工作電源，以確保其性能穩定。它的輸出電壓UB控制調制管VT3。若由電壓測量比較單元送來(lái)的UA大，表明主發(fā)電機輸出電壓升高，則大的UA就會(huì )使脈沖寬度調制器輸出的脈沖UB的寬度變窄。窄的脈沖就會(huì )使VT3導通時(shí)間短，通過(guò)的電流少。反之，主發(fā)電機電壓降低UA變小，脈沖寬度調制器輸出的脈沖UB的寬度隨之變寬，從而使VT3導通時(shí)間變長(cháng)，通過(guò)的電流增多。
   

勵磁機定子線(xiàn)圈一端接在端子X(jué)1上，另一端接在XX1端子上。由主發(fā)電機電樞送來(lái)的EA、EB、Ec三相電壓，經(jīng)過(guò)三個(gè)二極管VD10、VD11、VD12整流后，電流從X1端流入勵磁機的定子線(xiàn)圈，由XX1流出，再經(jīng)過(guò)調制管VT3和XN端子流回主發(fā)電機電樞，形成勵磁機定子線(xiàn)圈的勵磁電流通路。VT3是這個(gè)通路上的開(kāi)關(guān)，它導通時(shí)間長(cháng)，則定子線(xiàn)圈流過(guò)電流時(shí)間長(cháng)，定子磁場(chǎng)強度大；VT3導通時(shí)間短，定子線(xiàn)圈電流少，定子磁場(chǎng)強度小。

 

5、AVR調控主發(fā)電機電壓

 

主發(fā)電機由于負荷原因輸出電壓升高，電壓測量比較單元輸出的UA隨著(zhù)升高，受UA控制的脈寬調制器輸出脈沖UB寬度變窄，開(kāi)關(guān)管VT3導通時(shí)間短，勵磁機定子磁場(chǎng)減弱，轉子電樞電壓及旋轉整流器輸出電流隨之減小，導致供給主發(fā)電機轉子的勵磁電流變小，則主發(fā)電機因其轉子磁場(chǎng)的減小而使輸出電壓降低。反之，AVR的負反饋調控功能就會(huì )使主發(fā)電機的輸出電壓升高，在主發(fā)電機因負荷超出額定值而輸出極大電流時(shí)，柴油發(fā)動(dòng)機也需隨之輸出巨大的動(dòng)力以致導致其轉速低于額定值。

 

6、低頻保護單元的作用

 

就是在這種情況下限制勵磁機定子線(xiàn)圈里電流的超額增大。它以電阻和電容構成的充放電支路預先設定一個(gè)低頻保護點(diǎn)，當主發(fā)電機負荷正常時(shí)，從電壓測量單元來(lái)的UC小于低頻保護點(diǎn)，則低頻保護單元輸出的電壓Ud高，二極管VD8被截止，Ud到不了脈寬調制器，起不了作用。若主發(fā)電機超載則Ud變低，VD8導通，Ud和UA就可同時(shí)作用于脈寬調制器，使其輸出的脈沖UB隨Ud的下降而變窄，調制管VT3導通時(shí)間隨之變短，勵磁電流減小勵磁機定子磁場(chǎng)變弱，從而導致主發(fā)電機轉子磁場(chǎng)減小。發(fā)電機輸出電壓下降、電流減小。低頻保護單元起到了保護勵磁機和主發(fā)電機的作用。

 

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